CN116605802A - 一种铺管机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑工程机械领域，特别是涉及一种铺管机器人。其包括运动底盘、机架、活动梁、活动缆车、管道夹持装置、以及主控制器。其中，机架安装在运动底盘上方；活动梁包括横梁、柱状轴、第一传动机构和第一电机。第一电机用于驱动柱状轴自转进而带动横梁沿机架的承托面水平旋出或旋入。横梁的中间设置通槽。活动缆车安装在活动梁上，包括缆车运动机构、缆绳收放机构和缆绳。管道夹持装置安装在机架的其中一侧。管道夹持装置包括基座、第一线性执行器、第二线性执行器和仿生爪。主控制器控制运动底盘、第一电机、第一线性执行器和第二线性执行器等机构的运行状态。本发明解决了传统管道施工过程中的吊装作业成本高、难度大等缺陷。

Description

一种铺管机器人

技术领域

本发明涉及建筑工程机械领域，特别是涉及一种铺管机器人。

背景技术

市政管道工程是市政工程的重要组成部分，是城市重要的基础工程设施。包括：给水管道、排水管道、燃气管道、热力管道、电力电缆等。这些管道在施工过程中大多铺设在地面以下，例如在道路修建过程中，首先需要对地面下方的各类市政管道进行铺设，或者对老旧管道进行迁移和重新铺设。在工程建设过程中，各类市政管道通常都是在工厂中预先生产，然后运送到工程现场由施工人员完成铺设。

以给水管道为例，现有的工程建设中采用的大口径的主管通常采用衬塑管道或铸铁管道；这些管道单根管道的质量较大，因此管道的埋设大多由吊车等工程机械辅助完成，通过单台或多台大型吊车将管道吊起，然后在指挥人员的指挥下，由吊车司机对管道的方向和位置进行调整，并最终放到预先开挖好的管道预埋沟中。

传统管道工程施工中采用的吊装作业至少存在如下几个缺点：(1)对工程现场的空间要求较高，需要提供可供吊装机械使用的可靠平台以及较大的作业空间。(2)管道铺设时需要安装到预埋沟以下，因此在吊装过程中需要专门的指挥人员在沟内远程指挥吊车司机进行操作，这要求指挥和操作人员具备丰富的操作经验，否则容易影响管道的对接精度。(3)管道吊装通常仅适用于长度较小的管道的铺设，对于燃气管道和热力管道等长度较大的管道的铺设，则需要同时使用多个吊车同时吊装；这不仅大大提高了施工成本，而且提高了施工难度。吊装作业时，一旦各个吊车司机如无法不能协调一致，则很容易造成管道断裂或变形。(4)吊装作业通常使用吊缆对管道进行固定，因此在施工过程容易发生管道倾斜或晃动，这进一步提高了施工的难度和风险性，当管道在吊装过程中滑落或碰撞到其他设备，则很容易出现经济损失和造成安全事故。

发明内容

基于此，有必要针对管道施工过程中的管道吊装作业成本高、难度大等缺陷，提供一种一种铺管机器人。

本发明提供的技术方案如下：

一种铺管机器人，其包括运动底盘、机架、活动梁、活动缆车、管道夹持装置、以及主控制器。

其中，运动底盘作为铺管机器人的行走机构；定义运动底盘的行进方向为前向。

机架安装在运动底盘上方，机架的顶部包括一水平的承托面，机架内部包括空腔。在机架顶部的前端设有竖直抬起并向后侧折弯的限位板。

活动梁包括横梁、柱状轴、第一传动机构和第一电机。柱状轴沿机架顶部的后端竖直向下插入到机架内部，且柱状轴的两端与机架轴承连接。横梁位于机架顶部的承托面上，且其中一端与柱状轴垂直且固定连接，另一端延伸至靠近限位板的位置，横梁的厚度窄于限位板与机架承托面的间隙。第一电机通过第一传动机构与柱状轴传动连接，第一电机用于驱动柱状轴自转进而带动横梁沿机架的承托面水平旋出或旋入。横梁的中间设置一条上下贯穿且与横梁的延伸方向平行的通槽。

活动缆车安装在活动梁上，包括缆车运动机构、缆绳收放机构和缆绳。缆车运动机构用于驱动活动缆车沿横梁的轴向运动。缆绳一端固定在缆绳收放机构上，另一端穿过横梁中的通槽向下延伸。缆绳收放机构用于卷收或释放缆绳。

管道夹持装置安装在机架的其中一侧。管道夹持装置包括基座、第一线性执行器、第二线性执行器和仿生爪。基座安装在第一线性执行器上，第一线性执行器用于驱动基座在竖直平面内升降运动。第二线性执行器的一端固定在基座上，另一端与仿生爪固定连接，第二线性执行器用于驱动仿生爪在水平方向上伸缩运动。

主控制器与运动底盘、第一电机、缆车运动机构、缆绳收放机构、第一线性执行器和第二线性执行器电连接，并控制运动底盘、第一电机、缆车运动机构、缆绳收放机构、第一线性执行器和第二线性执行器的运行状态。

本发明中任意一台铺管机器人的活动梁旋出至垂直于竖直平面的状态后，能够与另一台相同状态的铺管机器人组合装配，构成一个可协同控制的组合机器人。

作为本发明进一步的改进，运动底盘采用四轮独立驱动架构；运动底盘包括前左驱动轮、前右驱动轮；后左驱动轮，后右驱动轮。

运动底盘还安装有定位模块、雷达模块和惯性传感器中的一种或任意多种。定位模块、雷达模块和惯性传感器与主控器电连接。定位模块和/或惯性传感器采集的数据用于支持对运动底盘进行导航。且/或雷达模块采集到的数据用于支持运动底盘完成避障和预警。

作为本发明进一步的改进，机架中靠近限位板一侧的位置设有电动插锁，电动插锁与主控制器电连接；横梁的端部和限位板的对应位置设有与电动插锁的锁舌位置对应的锁孔。电动插锁的锁舌沿竖直方向升降运动进而配合锁孔完成落锁和解锁。

作为本发明进一步的改进，机架的限位板处设有第一摄像头，且或机架的周向分布式设置有第二摄像头组；且/或所述活动缆车的底部设置有第三摄像头。

第一摄像头、第二摄像头组、第三摄像头均与主控制器电连接。第一摄像头在活动梁转动状态下开启，并获取限位板处的图像，进而辅助电动插锁完成落锁；第二摄像头组在运动底盘运行状态下开启，用于获取运动底盘周向的图像，进而辅助完成运动底盘的导航和预警。第三摄像头在活动缆车运行状态下开启，用于获取下方的画面，进而辅助完成吊挂物的移动和位置调整。

作为本发明进一步的改进，仿生爪采用开口向内且横向延伸的弧形爪；仿生爪的内侧设有分布式的柱状齿牙，柱状齿牙表面设有柔性胶套；且/或

在其中一个或多个柱状齿牙的端部设置压力传感器，压力传感器和主控制器电连接。

作为本发明进一步的改进，机架呈箱型；第一线性执行器位于箱型机架的内侧或外侧。

且/或，管道夹持装置的基座靠近机架一侧的表面包括至少一条插脚，机架侧面设置对应数量的竖向限位槽，基座贴合在机架表面且插脚插入到各条竖向限位槽内。

作为本发明进一步的改进，第一线性执行器采用电动执行器、液压执行器和气动执行器的任意一种，第二线性执行器采用液压油缸。

作为本发明进一步的改进，活动缆车对应缆绳出口位置设有调节齿轮组和/或张紧度检测装置，张紧度检测装置与主控制器电连接。

调节齿轮组用于调整缆绳在缆绳收放机构上的缠绕位置，以及控制释放出的缆绳在横梁上落点的相对位置。张紧度检测装置用于检测缆绳的张紧度。

作为本发明进一步的改进，主控制器中还包括一个通信单元，任意两台铺管机器人能够实现组合装配；在组合状态下，当两台铺管机器人的通信单元支持与同一个辅助控制器配对并完成通信连接后，两个主控制器同步向辅助控制器发送自身的状态数据，并接受辅助控制器下达的单控指令或协控指令。

作为本发明进一步的改进，组合状态下的两台铺管机器人支持的协控指令包括执行底盘行走动作、管道升降动作、管道平移动作和管道释放动作的相关指令。

在底盘行走动作执行过程中，辅助控制器预先指定其中一个铺管机器人的前左驱动轮和前右驱动轮同步运转并作为组合体的前左轮，后左驱动轮和后右驱动轮同步运转并作为后左轮。另一铺管机器人的前左驱动轮和前右驱动轮同步运转并作为组合体的后右轮，后左驱动轮和后右驱动轮同步运转并作为前右轮。然后建立由前左轮、前右轮、后左轮和后右轮构成新的底盘架构；并对新的底盘架构中的四个轮组进行协同控制，实现前进、后退和转向操作。

在管道升降动作执行过程中，控制两个铺管机器人的第一执行器同步升降；同时，控制两个铺管机器人活动缆车同步进行缆绳释放或卷收，以保持缆绳张紧。

在管道平移动作执行过程中，控制两个活动缆绳沿横梁向同一侧移动，同时，控制两个铺管机器人的第二执行器同步向同侧伸长或缩短，以保证两仿生爪与管道壁面间的压力保持平衡。

在管道释放动作执行过程中，先执行管道下降操作，并在两个第一执行器降低至预定高度时，控制两个第二执行器同步收缩，直到两个缆绳的张紧状态解除后，完成管道释放。

本发明提供的一种铺管机器人，具有如下有益效果：

本发明新设计了一种可以现场组装，进而对管道极限吊装和夹持的工程机械设备，该设备可以用于进行管道以及建筑构件的运输和铺设，相对于传统大型工程机械设备而言，该设备操作灵活、使用简单，非常适合应用于作业空间狭窄场景下的管道高精度铺设，并且可以适用于对不同直径和长度的管道进行铺设。本发明提供的设备可以在提高工程建设效率和安全性的基础上，降低作业时长和工程建设成本；应用该设备可以产生明显的经济价值，因而具有极大的推广应用前景。

本发明提供的铺管机器人结构巧妙，操作灵活。装配后的组合机器人可以跨骑在管道沟和基座上，因此可以对管道进行高精度调整，并可实现单人操作。同时，本发明还对设备的电控部分进行了优化，通过控制器对不同电控元件在不同动作下的操作逻辑进行管理，使得设备可以接收用户的简单指令并准确执行大量复杂的操控，降低设备的操控难度；发挥更好的使用价值。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的一种铺管机器人的结构示意图。

图2为本发明实施例1中铺管机器人横梁在旋出状态下的结构示意图。

图3为铺管机器人中活动梁中横梁和柱状轴部分的结构示意图。

图4为现有的塔式起重机中采用的变幅小车的结构示意图。

图5为现有的龙门式起重机中采用的变幅小车的结构示意图。

图6为管道夹持装置的结构示意图。

图7为本发明实施例1中铺管机器人的控制部分的模块连接示意图。

图8为两台铺管机器人对接前的状态示意图。

图9为两台铺管机器人对接后的状态示意图。

图10为两台铺管机器人构成的组合机器人搬运单根管道的状态图。

图11为多个组合机器人搬运单根长管道的状态图。

图12为图2中A部分在电动插锁解锁和落锁转态下的局部放大图。

图13为实施例2中遥控设备的模块连接示意图。

图14为遥控设备不同任务对应的功能模块分类框图。

图15为协控单元执行底盘行走动作的流程图。

图16为协控单元执行管道升降动作的原理图。

图17为协控单元执行管道平移动作的原理图。

图18为协控单元执行管道释放动作的原理图。

图19为本发明实施例3中提供的一种多机协同的管道铺设方法的步骤流程图。

图20为两个铺管机器人完成相互紧固的操作流程图。

图21为组合机器人解体为两个铺管机器人的操作流程图。

图中标记为：1、运动底盘；2、机架；3、活动梁；4、活动缆车；5、管道夹持装置；6、电动插锁；7、第一摄像头；8、第二摄像头组；9、第三摄像头；10、通信单元；11、定位模块；12、雷达模块；13、惯性传感器；21、限位板；22、限位槽；31、柱状轴；32、横梁；33、第一电机；41、缆绳收放机构；42、缆车运动机构；43、张紧度检测装置；50、压力传感器；51、基座；52、第一线性执行器；53、第二线性执行器；54、仿生爪；60、锁舌；100、主控制器；321、通槽；322、锁孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

本实施例提供一种铺管机器人，如图1所示，其包括运动底盘1、机架2、活动梁3、活动缆车4、管道夹持装置5、以及主控制器100。

其中，运动底盘1作为铺管机器人的行走机构；相当于是一种性能更加简化的AGV车辆，其上负载有单体机器人中的其他机构和组件。运动底盘1根据最大载荷的差异可以选择采用轮式底盘或履带式底盘。通常来说，采用履带式底盘的单体机器人适合应用于载荷相对较大的搬运任务，例如搬运污水管道中使用的重量和体积较大的预制水泥箱涵或管道，以及干线供水管道或燃气管道。而轮式底盘则适合应用于载荷相对较小的场景，例如支线供水管道、燃气管道、电信管道等等。此外，轮式底盘的负载虽然相对履带式底盘更小，但是灵活性更好，对场地的要求更低，因此更加适合应用到大部分作业空间有限的市政改造工程的项目中。

为了进一步提高设备性能，轮式底盘优先选择具有全向通过性底盘。例如，本实施例中的轮式底盘的驱动轮结构可以采用三轮全向轮结构、四轮差速结构、四轮十字型全向轮结构、四轮麦克纳姆轮结构、四轮阿克曼结构中的任意一种。其中，三轮全向轮结构的底盘框架呈正三角形，并采用三个分别相隔120°的驱动轮进行驱动，进而实现全方位的移动。四轮差速结构与常规四轮车辆的结构相似，但是四个车辆分别采用独立的动力源进行驱动，因而可以利用不同轮之间的差速运转实现灵活的转向。四轮十字型全向轮结构是将对角线的驱动轮按照相互垂直的形式排列，然后由独立的动力源进行驱动，除十字形外，这种轮式结构也可以排列成X型。四轮阿克曼结构是常规后驱车辆的结构，采用的是前轮转向，后轮驱动的模型，这类底盘虽然具备全向通过性，但是无法实现侧向移动，不过四轮阿克曼结构仍是技术最为成熟可靠的结构。四轮麦克纳姆轮结构则是一种新的可以实现原地转弯的万向轮结构。本实施例将其应用到组合式运管机器人中，将可以大幅提升机器人对狭窄空间的适应性。

为了便于对底盘系统进行控制，在本实施例提供的技术方案中，运动底盘1采用四轮独立驱动架构；运动底盘1包括前左驱动轮、前右驱动轮；后左驱动轮，后右驱动轮。此外，本实施例中的运动底盘1中可以选装定位模块11、雷达模块12和惯性传感器13等相关的传感器，并将定位模块11、雷达模块12和惯性传感器13与主控器电连接；辅助完成底盘运行过程中的其他任务，以提高运动底盘1的性能。例如，利用定位模块11和/或惯性传感器13采集的数据用于支持对运动底盘1进行导航，高精度的定位和姿态控制对于提供运动底盘1的导航精度具有正向增益。而雷达模块12采集到的数据用于支持运动底盘1完成避障和预警的工作。

机架2安装在运动底盘1上方，机架2的顶部包括一水平的承托面，机架2内部包括空腔。定义运动底盘1的行进方向为前向，在机架2顶部的前端设有竖直抬起并向后侧折弯的限位板21。结合图片可知，本实施例的机架2采用了封闭的箱型机架2，当然，箱式机架2仅仅是本实施例中提供的一种机架2的典型结构型式，这种箱式结构可以提供一个封闭的设备安装空间，进而对内部的机电设备起到防护作用。但是在其他实施例中，机架2也可以根据需要采用框架结构，这些不同结构的机架2均不会最终影响组合式运管机器人的管道搬运性能。

活动梁3包括横梁32、柱状轴31、第一传动机构和第一电机33。如图2和图3所示，柱状轴31沿机架2顶部的后端竖直向下插入到机架2内部，且柱状轴31的两端与机架2轴承连接。横梁32位于机架2顶部的承托面上，且其中一端与柱状轴31垂直且固定连接，另一端延伸至靠近限位板21的位置；横梁32的厚度窄于限位板21与机架2承托面的间隙。第一电机33通过第一传动机构与柱状轴31传动连接，第一电机33用于驱动柱状轴31自转进而带动横梁32沿机架2的承托面水平旋出或旋入。横梁32的中间设置一条上下贯穿且与横梁32的延伸方向平行的通槽321。本实施中的活动梁3中横梁32和柱状轴31的结构安装在箱体中之后，可以形成一个稳定的梁柱结构，进而在实现横梁32可转动的基础上，最大程度保持结构的稳定。

活动缆车4安装在活动梁3上，包括缆车运动机构42、缆绳收放机构41和缆绳。缆车运动机构42用于驱动活动缆车4沿横梁32的轴向运动。缆绳一端固定在缆绳收放机构41上，另一端穿过横梁32中的通槽321向下延伸。缆绳收放机构41用于卷收或释放缆绳。本实施例中的活动缆车4的主要用途是在横梁32的不同位置释放缆绳，并在吊挂重物后实现重物的升降控制。基于这样的设计目标，本实施例中的活动缆车4可以采用类似于图4中塔式起重机中变幅小车的方案，也可以采用类似于如图5所示的龙门式起重机顶部的起吊小车的方案。本实施例中，活动缆车4对应缆绳出口位置设有调节齿轮组和/或张紧度检测装置43，张紧度检测装置43与主控制器100电连接。调节齿轮组用于调整缆绳在缆绳收放机构41上的缠绕位置，以及控制释放出的缆绳在横梁32上落点的相对位置。张紧度检测装置43用于检测缆绳的张紧度。

管道夹持装置5安装在机架2的其中一侧。如图6所示，管道夹持装置5包括基座51、第一线性执行器52、第二线性执行器53和仿生爪54。结合图1和图6可知：基座51安装在第一线性执行器52上，第一线性执行器52用于驱动基座51在竖直平面内升降运动。第二线性执行器53的一端固定在基座51上，另一端与仿生爪54固定连接，第二线性执行器53用于驱动仿生爪54在水平方向上伸缩运动。在本实施例方案的实际应用过程中，第一线性执行器52并不需要承担较大载荷，第一执行器的主要作用就是改变基座51上链接的仿生爪54的作业高度，因此第一线性执行器52可以根据设计需要选择电动执行器、液压执行器和气动执行器的任意一种。而第二线性执行器53在实际工作中是用来调整仿生爪54的“进深”，进而在管道两侧向感到施加横向作用力，避免管道在搬运过程中晃动，所以，第二执行在实际运行过程中会承担较大载荷。基于这样的设计目标，本实施例中的第二线性执行器53通常需要采用液压油缸。

本实施例中的铺管机器人在产品设计和量化生产阶段可能会提供可以承担不同载荷的不同型号产品，此时，基于与相同的功能，本实施例中管道夹持装置5中的仿生爪54的形状、结构、规格尺寸等都可以进行针对性设计。同时，第一线性执行和第二线性执行器53的规格、布局，数量等也可以进行适应性调整。

针对管道铺设这一特定场景，本实施例中的仿生爪54选择采用开口向内且横向延伸的弧形爪；图中显示了仿生爪54的半圆管型结构。在实际应用过程，一体式的半圆管也可以调整为分体式结构，或者是其他可动结构的夹爪，只要这样夹爪更有利于对管道进行夹持即可。为了提高仿生爪54对不同管径的管道的夹持效果，本实施例的仿生爪54的内侧还设有分布式的柱状齿牙。柱状齿牙表面设有柔性胶套，柔性胶套可以降低对管道表面的挤压和摩擦损伤，以及提高二者的接触面积和摩擦阻力。

特别的，本实施例还在其中的一个或多个柱状齿牙的端部设置压力传感器50，压力传感器50和主控制器100电连接。压力传感器50可以用于采集柱状齿牙与夹持对象之间作用力的大小，便于分析铺管机器人在实际运行阶段的夹持效果。此外，本实施例还通过不同铺管机器人上的压力传感器50来监测管道在移动过程中的稳定性，这部分作用在后文中展开说明。

对于每个单独的铺管机器人而言，主控制器100是铺管机器人的“大脑”。在本实施例中，如图7所示，铺管机器人与运动底盘1、第一电机33、缆车运动机构42、缆绳收放机构41、第一线性执行器52和第二线性执行器53电连接，并用于根据用户发出的指令控制运动底盘1、第一电机33、缆车运动机构42、缆绳收放机构41、第一线性执行器52和第二线性执行器53的运行状态。

为了使得本实施例提供的铺管机器人的原理和优势更加清楚，以下结合该设备在管道铺设工作中的完整执行过程对其进行更加详细的说明。本实施例中铺管机器人的工作流程大致包括：管道接收、管道运输和管道释放三个阶段。

一、管道接收

首先，本实施例提供的铺管机器人是一个可以独立运行的设备，但是在用于管道铺设时，则要求采用至少两台这样的机械协同工作，才能完成管道的铺设任务。协同工作过程中，两台设备需要以组合体的形式同步执行某些动作或指令。

在实际应用阶段，技术人员需要选择两台规格相同，且可以适用于对应管道搬运任务的铺管机器人。初始状态下，如图1所示，每台铺管机器人的活动梁3中的横梁32位于机架2顶部的承托面上，活动缆车4位于横梁32中靠近柱状轴31的一端，缆绳被卷收在缆绳收放机构41上。第一线性执行器52和第二线性执行器53均处于最短状态。仿生爪54位于机架2下部贴近机架2侧面的位置。

然后，利用现有的工程机械(如叉车、起重机、固定式的龙门吊等)将待铺设的管道吊起至水平状态，等待铺管机器人接受管道。接下来，驱动两台铺管机器人从管道两侧到达管道的中段位置，此时管道恰好位于两台铺管机器人中管道夹持装置5的中间，两个铺管机器人位置相对。

接下来，先控制每台铺管机器人的横梁32在机架2顶部沿水平面向指向对方的方向旋出；横梁32旋转90度，此时，如图8所示，每台铺管机器人的横梁32恰好处于指向另一台铺管机器人机架2上的限位板21的位置。这时候，如图9所示，再控制两台铺管机器人彼此靠近，可使得二者的横梁32的端部插入到对方限位板21与机架2的间隙中。在当前状态下，此时只需要采用任意一种紧固方式对每个铺管机器人的横梁32端部与对方机架2进行紧固。就可以在机械结构层面将两个铺管机器人装配成一个整体，即所需的组合机器人。横梁32与机架2间的紧固方式可以采用螺栓-螺母连接、卡扣连接(如类似詹式车钩的结构)、箍连接、销连接等任意一种可解挂的连接方式。以上介绍的主要是实现刚性连接(可转动或不可转动)的方式，在其他实施例中，为了实现两个铺管机器人的装配，还可以采用允许横梁32连接处相对移动或变形的“柔性”连接方式。本实施例实际采用的是一种新设计的基于销轴连接改进的电控方案，可以自动实现二者的紧固与解挂，这部分在后文详细介绍。

两个铺管机器人完成如图9所示的硬件结构的组合之后，操作人员再控制两个铺管机器人的活动缆绳移动到横梁32上方对应下方管道的位置，然后通过缆绳收放机构41将缆绳放下，系挂于管道的两端(这里的两端并不一定指管道的端部)。然后控制两个活动缆车4移动使得二者连线方向与运动底盘1前进方向平行，并收紧缆绳将管道吊起并摆正。与此同时，操作人员再通过第一线性执行器52和第二线性执行器53调整两夹爪的位置，使得二者紧密贴合在管道两侧。其中，两个活动缆车4可以从端部吊起管道，并由两个机架2和两个横梁32构成的类似“双龙门吊”的结构对管道进行吊装。而管道夹持装置5则从管道中间对管道进行夹持，限制管道在铺管机器人运动过程发生横向的左右晃动。此时，再将抬起管道的工程机械撤离，如图10所示，即实现了将管道从工程机械转移到铺管机器人上的工序。

二、管道运输

在此之后，技术人员同步控制两个铺管机器人的运动底盘1行走，带动管道从管道堆场到达安装现场。需要特别说明的是：对于某些铺设在承台或管道沟中的管道，本实施例中的组合机器人应当以“骑跨”的形式从承台或管道沟上经过；并准确到达预设的安装位置。

在管道运输过程中，一方面，操作人员可能需要根据地形或场地空间的限制，对管道进行升降或左右平移。

其中，管道升降操作的控制逻辑如下：控制两个铺管机器人中的第二线性执行机构同步升降，并同时控制两个铺管机器人中的缆绳收放机构41对缆绳进行同步卷收或释放，进而可以控制管道进行平稳的升降运动。

管道平移操作的控制逻辑如下：控制两个铺管机器人的活动缆车4沿横梁32的同向移动，并同步控制两个铺管机器人中的第一线性执行器52以相同的速度向同侧移动。移动过程中，靠近一侧的铺管机器人的第一线性执行器52缩短，远离一侧的铺管机器人的线性执行器伸长；进而可以控制管道进行平稳的水平移动。

当然，在同步执行管道升降和管道平移操作的相关动作时，也可以实现对管道进行更加复杂的位置调整。例如，控制管道边下降边向左移动，等等。

另一方面，在底盘行走过程中，组合体的行走控制逻辑与单个铺管机器人的行走控制逻辑并不相同；这一点要特别注意！例如，在组合机器人前进或后退时，需要保证两个铺管机器人的运动底盘1完全同步，而在控制组合机器人转向过程中，则需要根据转弯半径的差异对两个铺管机器人运动底盘1的转角和运动速率进行差异化控制。

具体来说，组合机器人的运动控制逻辑可以概括为：将其中一个铺管机器人的前左驱动轮和前右驱动轮同步运转并作为组合体的前左轮，后左驱动轮和后右驱动轮同步运转并作为后左轮。另一铺管机器人的前左驱动轮和前右驱动轮同步运转并作为组合体的后右轮，后左驱动轮和后右驱动轮同步运转并作为前右轮。然后建立由前左轮、前右轮、后左轮和后右轮构成新的底盘架构。最后针对新的底盘架构控制组合机器人的各个轮组运转，实现前进、后退和转向操作。

三、管道释放

在组合机器人到达预设的铺管场地后，则需要将管道释放到预设安装位置。在这一阶段，以管道沟内铺设为例，操作人员需要控制两个铺管机器人“跨骑”在管道沟上方，管道位于管道沟上方且管道延伸方向与管道沟的延伸方向平行。此时，操作人员可在在管道沟边上或管道沟后进行观察，并控制管道准确降落到管道沟中的预设位置处。

在管道释放阶段，操作人员可以结合前述的管道升降操作和管道平移操作对管道的空间位置进行精细控制，将管道下降到预设的铺设位置的上方。然后在管道接近管道沟上沿时控制两个第二线性执行器53同时缩短，将仿生爪54收回。再利用两个活动缆车4同步释放缆绳，将管道准确降落到接近管道沟底壁的位置。在管道触地之前，技术人员还可以通过控制运动底盘1前后移动和控制活动缆车4前后移动的方式，对管道的落点进行微调，直到管道恰好释放到需要完成对接的位置。

事实上，除了管道之外，本实施例的铺管机器人除了用于铺设管道，也可以用来搬运管道工程中的各类建筑构件等。如各类混凝土预制件，金属预制件等等。

根据以上描述可以发现，本实施例提供的铺管机器人完全改变了建筑业管道工程中的作业模式。以混凝土预制管道的铺设为例，传统作业模式是利用吊车进行预制管道吊装，由于吊车体积通常非常庞大，因此吊车通常需要驻停在作业场地以外，然后由场地内的人员进行指挥。这个工序至少需要两个作业人员，同时对指挥人员吊车驾驶人员的技能和工作经验的要求极高。同时，单个吊车在吊装预制管道移动时，预制管道在控制还可能发生转动、摇晃，这些都可能造成安全风险。

而本实施例提供的铺管机器人采用的是设备现场组装的方式作业的，该设备可以进入到很多吊车无法到达的作业场所完成任务。同时，铺管过程可以由一个操作人员完成，操作人员可以在现场观察并操作，也可以通过在活动缆车4下方安装摄像头的方式采集作业场所的画面，然后通过遥控器远程操作。本实施例提供的新的工程设备采用了新的作业模式完成管道铺装，管道搬运过程不会发生晃动，且可以在空间有限的环境下完成作业，对场地要求较少。因此，这种新模式不仅更加便捷、安全，而且可以大幅降低施工难度、缩短作业时长，节约工程施工成本。

特别地，本实施例的铺管机器人的一个特殊的优势在于：其非常适合应用于超长管道或构件的安装作业。这是因为，本实施例的管道铺设方案主要由每两个铺管机器人构成一个组合机器人的工作模式进行工作。在需要铺设的管道长度较大时，如图11所示，可以选择采用更多的铺管机器人按照相同得到模式装配成多个组合机器人，各个组合机器人在管道的延伸方向上依次分布，共同完成管道铺装工作。由于本实施例的方式可以对不计数量的铺管机器人进行组合，因此该型设备与作业模式可以用于对不限长度的管道进行搬运和铺设。例如某些运行在环境恶劣环境下的输油管道或天然气管道，采用更长的管道具有更高的经济性(焊接成本高)和稳定性(耐温效果好)。此时就可以采用这种铺管机器人进行运输和铺设。而这种场景采用常规工程机械设备和作业模式则普遍成本较高、施工难度较大。

以下，对本实施例中两个铺管机器人的横梁32与机架2间的紧固方式进行描述：

本实施例中，如图12所示，机架2中靠近限位板21一侧的位置设有电动插锁6，电动插锁6与主控制器100电连接。横梁32的端部和限位板21的对应位置设有与电动插锁6的锁舌60位置对应的锁孔322。电动插锁6的锁舌60沿竖直方向升降运动进而配合锁孔322完成落锁和解锁。

本实施例中的电动插锁6相当于一个“电动插销”，图12中的电动插锁6的锁舌60沿竖直方向贯穿机架2、横梁32和限位板21。在实际方案中，可以采用单个圆柱形粗锁舌60方案，使得横梁32与机架2间可以进行相对转动，进而允许组合机器人的装配状态在转向时进行小幅度调整。也可以采用多锁舌60的方案让横梁32与机架2在紧固状态下完全锁定。另外，在实际应用过程，也可以在图中限位板21处安装可横向伸缩的电动插锁6，配合横梁32上的锁孔322对横梁32进行全方位紧固。

在本实施例更加优化的方案中，机架2的限位板21处还设有第一摄像头7，第一摄像头7与主控制器100电连接，第一摄像头7在横梁32从机架2承托面旋出时开启，并采集限位板21位置的画面，以便于观察电动插锁6与横梁32上的锁孔322位置是否对齐，进而辅助完成电动插锁6的落锁动作。

此外，机架2的周向分布式设置有第二摄像头组8。第二摄像头组8与主控制器100电连接。第二摄像头组8在运动底盘1运行状态下开启，用于获取运动底盘1周向的图像，进而辅助完成运动底盘1的导航和预警。

活动缆车4的底部设置有第三摄像头9，第三摄像头9与主控制器100电连接。第三摄像头9在活动缆车4运行状态下开启，用于获取下方的画面，进而辅助完成吊挂物的移动和位置调整。

在本实施例的方案中，机架2采用封闭式的箱式机架2，第一线性执行器52可以设置在机架2的内侧或外侧。管道夹持装置5的基座51靠近机架2一侧的表面包括至少一条插脚，机架2侧面设置对应数量的竖向限位槽22，基座51贴合在机架2表面且插脚插入到各条竖向限位槽22内。限位槽22和插脚的设计可以对基座51的竖向升降运动过程的横向偏移进行限制，避免管道夹持装置5在受压状态下发生变形导致结构失效。

本实施例中，组合机器人支持完成的协同动作包括底盘行走动作、管道升降动作、管道平移动作和管道释放动作。

在底盘行走动作执行过程中，需要预先指定其中一个铺管机器人的前左驱动轮和前右驱动轮同步运转并作为组合体的前左轮，后左驱动轮和后右驱动轮同步运转并作为后左轮。另一铺管机器人的前左驱动轮和前右驱动轮同步运转并作为组合体的后右轮，后左驱动轮和后右驱动轮同步运转并作为前右轮。然后建立由前左轮、前右轮、后左轮和后右轮构成新的底盘架构；并对新的底盘架构中的四个轮组进行协同控制，实现前进、后退和转向操作。

在管道升降动作执行过程中，控制两个铺管机器人的第一执行器同步升降；同时，控制两个铺管机器人活动缆车4同步进行缆绳释放或卷收，以保持缆绳张紧。

在管道平移动作执行过程中，控制两个活动缆绳沿横梁32向同一侧移动，同时，控制两个铺管机器人的第二执行器同步向同侧伸长或缩短，以保证两仿生爪54与管道壁面间的压力保持平衡。

在管道释放动作执行过程中，先执行管道下降操作，并在两个第一执行器降低至预定高度时，控制两个第二执行器同步收缩，直到两个缆绳的张紧状态解除后，完成管道释放。

实施例2

实施例1中提供的铺管机器人已经具备了完整的功能，但是在执行某些动作时，需要多个执行单元协同工作，同时在组合体机器人中，某些动作的执行甚至需要两个铺管机器人协同工作，因此需要在主控制器100中编写相应的驱动程序，控制各个执行元件根据预设的工作逻辑执行某些动作，以使得铺管机器人可以根据需要执行各项操作。在此基础上，本实施例拟提供一个上位机，上位机可以对单个或多个铺管机器人进行单独或同步控制，以便根据不同目标控制每个铺管机器人完成相应的动作。该上位机就是一个遥控设备。

为了便于铺管机器人与遥控设备进行通信，主控制器100中还包括一个通信单元10，遥控设备中包含辅助控制器和通信单元10。两台铺管机器人的通信单元10支持与同一个辅助控制器配对连接，二者完成通信连接后，两个主控制器100同步向辅助控制器发送自身的状态数据，并接受辅助控制器下达的单控指令或协控指令。

遥控设备可以通过任意一种无线通信或有线通信方式与各个铺管机器人通信连接，并采用支持的通信协议在设备配对连接后进行信息的双向传输。例如，采用类似无人机与遥控间的对频配对技术完成设备对接。或者采用无人机编组飞行中，对应的联控方案采用的通信模块和通信协议。或者采用一主机多从机的蓝牙配对方式建立通信连接，等等。目前市场上主流的支持一对多的通信协议的设备间通信方案有很多种，本实施例方案的设计人员可以根据需要与特定的技术供应商合作，完成相应方案的设计，并在铺管机器人和遥控设备间进行集成和应用。由于这部分内容不属于本发明方案的改进，对此不再赘述。

如图13所示，本实施例提供的遥控设备中还包括显示器，遥控设备用于通过视频实时同步传输技术将第一摄像头7、第二摄像头组8和第三摄像头9采集到的视频数据实时分屏显示在显示器上。

遥控设备中还包括操纵杆、键盘模块、触屏输入模块、扬声器中的一种或任意多种，操纵杆、显示器、键盘模块、和扬声器与辅助控制器电连接，进而在操作人员与遥控设备间实现人机交互。本实施例的遥控设备中的扬声器用于在用户执行操作时发出对应的音频反馈信息，并在任意一台铺管机器人发出预警信息时发出对应的语音警报。

遥控设备与各个铺管机器人配对后，二者将设备识别码和Mac地址作为彼此的校验信息，并在设备配对连接期间在握手信息中交换各自的设备识别码和Mac地址。然后在后期遥控设备与各铺管机器人通信期间，主控制器100每次向辅助控制器发送的状态数据中均包括自身的设备识别码和Mac地址。辅助控制器生成的各个指令中也包括自身的设备识别码和Mac地址，以及指定的指令执行对象的设备识别码和Mac地址。收到指令的主控制器100根据校验信息中的设备识别码和Mac地址是否与自身相符判断是否应当执行相应指令。

遥控设备的辅助控制器中包括单控单元和协控单元；单控单元和协控单元在接受到操作信息后生成对应的操作指令，并通过通信单元10发送给已完成配对的指定的铺管机器人的主控制器100；铺管机器人在完成指令的解码后校验后控制各执行器完成相应动作。其中，如图14所示，单控单元支持对配对后的各个铺管机器人的单独控制动作包括；底盘行走、活动梁3转动、活动梁3锁定；缆车移动、缆绳收放、仿生爪54升降、仿生爪54伸缩。协控单元支持对配对后的指定的两个两铺管机器人构成的组合体的协同控制动作包括：底盘行走、管道升降、管道平移、管道释放。

在本实施例的遥控设备中，单控单元中预设有控制铺管机器人的运动底盘1进行前进、倒退、转弯、转动的操作逻辑；运动底盘1在接受到运动控制指令时控制各个驱动轮转动，执行相应的动作。单控单元还用于接收用户输入的操作信息，然后生成相应的转向和转角控制指令；第一电机33在接收到相应指令后驱动横梁32沿水平面内的指定方向转动对应角度。单控单元用于根据用户输入的操作信息生成对应的缆绳移动指令；活动缆车4中的缆车运动机构42接收指令后控制活动缆车4向指定方向移动指定距离。单控单元用于根据用户输入的操作信息生成对应的活动梁3锁定指令，电动插锁6在接收指令后控制电动插锁6弹出或缩回，将每个铺管机器人的活动梁3端部与另一台铺管机器人的机架2固定连接。单控单元用于根据用户输入的操作信息生成对应的缆车移动指令，缆绳收放机构41在接收到相应指令后卷收或释放缆绳。单控单元用于根据用户输入的操作信息生成对应的仿生爪54升降指令，第一线性执行机构在接受到相应指令后驱动基座51及其连接的仿生爪54沿竖直方向升降运动。单控单元用于根据用户输入的操作信息生成对应的仿生爪54升降指令，第二线性执行机构在接受到相应指令后驱动基座51上连接的仿生爪54沿水平方向伸缩运动。

在本实施例的遥控设备中，协控单元在接受到相应的操作信息后，如图15所示，辅助控制器预先指定其中一个铺管机器人的前左驱动轮和前右驱动轮同步运转并作为组合体的前左轮，后左驱动轮和后右驱动轮同步运转并作为后左轮。另一铺管机器人的前左驱动轮和前右驱动轮同步运转并作为组合体的后右轮，后左驱动轮和后右驱动轮同步运转并作为前右轮。然后建立由前左轮、前右轮、后左轮和后右轮构成新的底盘架构。最后生成一个底盘行走指令；两台铺管机器人的运动底盘1在接受指令后对各自的轮组进行协同控制，实现前进、后退和转向操作。

协控单元在接受到操作信息后生成一个管道升降指令；如图16所示，两台铺管机器人的第一执行器接受到相应指令后，分别同步升降；同时，两个活动缆车4也同步接收到指令，并由缆绳收放机构41对缆绳进行释放或卷收，以保持缆绳张紧。

协控单元在接受到操作信息后生成一个管道平移指令；如图17所示，两台铺管机器人的活动缆车4收到指令后向横梁32的同一侧移动。同时，两个铺管机器人的第二执行器也接收到相应指令，其中一个伸长另一个缩短，控制两个仿生爪54向同一侧移动，并保证两仿生爪54与管道壁面间的压力保持平衡。

协控单元在接受到操作信息后生成一个管道释放指令；如图18所示，两个铺管机器人接受到相应指令后，先同步执行管道下降操作，并在两个第一执行器降低至预定高度时，控制两个第二执行器同步收缩，直到检测到缆绳松弛，完成管道释放。

在本实施例的遥控设备中，预先运行有一个交互程序，交互程序运行过程中，单控单元和协控单元支持通过操纵杆、键盘模块和触屏输入模块中的任意一种输入方式获取用户发出的操作信息。遥控设备中还包括麦克风和语音输入单元，麦克风与辅助控制器电连接，语音输入单元用于获取麦克风采集到的用户的发出的指定内容的语音操作信息，并在语音识别后作为遥控设备的输入信息，用于生成对应的单控指令或协控指令。

此外，考虑到本实施例中横梁32只需要在设备组合装配和解挂两种模式下工作，横梁32不需要具有较大的转动幅度。从硬件成本、产品耐久性、稳定性、安全性等多个维度考虑，可以在硬件结构设计和软件控制层面对横梁32的转动方向和角度进行限制。例如，本实施例的单控单元通过驱动程序对横梁32的转动角度进行限定，并仅允许横梁32在收纳于机架2顶部承托面至沿管道夹持装置5一侧且垂直于机架2竖直平面的90°范围内进行自由旋转。

在本实施例较为优化的方案中，遥控设备中的操纵杆应当包括至少两组独立的操作杆，其中一组用于在单控模式下获取用户发出的操作信息，另一组用于在协控模式下获取用户发出的操作信息。采用这种单控与协控分离的设计主要是为了防呆，避免操作人员误操作引发生产事故或设备损坏。

需要特别说明的是：为了实现对大量铺管机器人进行协同控制，同一个遥控设备还可以在硬件上为配对的每个铺管机器人分别配备一套操纵机构。或者在软件层面支持对同一个操纵机构的操作对象进行切换。本实施例中的遥控设备的产品形态也可以非常多样化。例如，如果只需要对两个左右的铺管机器人进行控制，或者在软件层面支持对遥控器的操纵对象进行任意切换；则可以将遥控设备设计成类似游戏主机的操作手柄的样式。如果需要支持对大量的铺管机器人采用独立操纵机构进行控制，则可以选择将遥控设备设计成类似大型设备仪表台或监控台的样式。在某些需要同时调用多台铺管机器人的大型工程的应用场景中，甚至可以遥控设备配置单独的控制间或控制室，然后在控制室内安装多块电子监控屏幕，以便通过视频同传技术掌握作业现场的状态。

本实施例的遥控设备中还设有用于连接数据存储器的专用接口或通用数据接口，遥控设备读取专用接口或通用数据接口上连接的数据存储器中的数据，并触发特定的指令或程序的执行；指令或程序执行时支持完成的任务包括设备安全认证、组合体的运动导航、设备状态数据与工作日志的上传或下载，设备参数的编辑或驱动程序的更新。

需要强调的是：本实施例中的遥控器与实施例1中的铺管机器人是两个不同设备，二者既可以共同应用，作为管道工程施工所需的工程机械套件，也可以单独存在或销售；二者属于可以相互配合使用的两类设备。

实施例3

在实施例1和2的基础上，本实施例提供一种多机协同的管道铺设方法，其采用至少两台如实施例1的铺管机器人作为执行管道搬运与铺设任务的工程设备，并通过如实施例1中的遥控设备对各台铺管机器人在任务执行期间的运行过程进行管理。

如图19所示，本实施例提供的管道铺设方法包括如下步骤：

S1：对管道堆场到管道铺设现场的空间进行测绘，根据测绘结果设计至少一条可使得组合机器人搬运管道达到现场的无碰撞路线，并生成对应的路径信息。

S2：通过工程机械将待铺装的管道水平抬起至低于铺管机器人的仿生爪54的最大升起高度的位置。

S3：将遥控设备与两台铺管机器配对连接，并在单控模式下分别控制两台铺管机器人运行，完成管道接收，并装配成组合机器人。

其中，管道接收过程如下：

S31：驱动两台铺管机器人到达管道中段的两侧，两台铺管机器人对向设置，并保持管道夹持装置5朝内。

S32：将两台铺管机器人的横梁32沿水平方向旋出至垂直于机架2所在竖直平面的位置。

S33：控制两台铺管机器人相对运运动，精准对接，以使得每台铺管机器人的横梁32插入到对方的限位板21与机架2顶部承托面的间隙处。

本实施例中，任意铺管机器人的运动底盘1行走时，对应铺管机器人周向的第二摄像头组8启动，获取对应角度的图像信息，并同步传输到遥控设备，作为操作人员的指引信息或作为实现自动导航和避障的基础数据。

S34：采用任意一种紧固件对每台铺管机器人横梁32与对方的限位板21和机架2进行紧固，完成组合机器人的装配。

S35：对两台铺管机器人的管道夹持装置5进行高度和横梁32进给量调整；以使得两个仿生爪54从管道两侧抵住管道。

S36：驱动两台铺管机器人的活动缆车4移动到管道两端的正上方；并从横梁32的通槽321处向下释放缆绳。

S37：通过缆绳对管道两端进行系挂；并卷收缆绳至两端的缆绳保持绷紧。

S38：对工程机械与管道间的系挂结构进行解绑，由组合机器人完成管道的接收。

S4：在协控模式下，控制组合机器人将管道从堆场搬运至安装现场的管道沟处，并根据预先设计的路径信息和实施采集的导航数据，驱动组合机器人中两个铺管机器人分别沿管道沟两侧边沿行走，吊载管道到达指定的安装位置。

步骤S4中，遥控设备根据预先获取的路径信息和定位模块11实时采集的定位数据进行自动导航，并根据惯性传感器13采集到的数据对自身的位置和运动状态进行动态感知；在操作人员操纵下，当组合机器人的实时运动路径与预设的路径信息出现超出预设范围的偏差时，遥控设备发出一个表征“位移过大”的预警信号。

S5：对管道空间位置进行精细调整，并准确下放到管道沟中的指定位置，具体包括如下步骤：

S51：在协控模式下，调节管道的在水平面的空间位置，包括以下两个措施：

(1)横向位置调节：同步控制组合机器人中的两个活动缆车4沿横梁32延伸方向移动，并控制两个管道夹持装置5中第二线性执行器53伸缩运动；使得管道到达管道沟沿宽度方向的指定位置。

(2)纵向位置调节：协同控制组合机器人中的两个运动底盘1前进或后退，使得管道达到管道沟沿长度方向上的指定位置。

S52：在协控模式下，调节管道的竖直平面的空间位置并释放管道，包括以下措施：

S521：同步控制组合机器人的缆绳收发装置释放缆绳，并驱动两个管道夹持装置5的第一线性执行器52下降。

S522：当第一线性执行器52降低到临界高度后，驱动两个第一线性执行器52同步收缩。

S523：继续同步控制组合机器人的缆绳收发装置释放缆绳，并驱动两个管道夹持装置5的第一线性执行器52下降，直到缆绳松弛。

S524：由管道沟内的工程人员将缆绳与管道的系挂状态解除，组合机器人完成管道释放，并在接受遥控设备的指令后复位。

S6：组合机器人按预设路径回到管道堆场，然后对组合机器人进行解体，并等待按照相同流程完成下一管道的铺设。

如图20所示，采用机架2中安装的电动插锁6对两个铺管机器人的横梁32进行相互紧固，紧固过程如下：

S341：当任意一个铺管机器人的横梁32旋出时，其上安装的第一摄像头7启动，并获取其上的限位板21处的画面。

S342：第一摄像头7采集到的图像同步传输到遥控设备的显示器上。

S343：操作人员观察显示画面，并对两台铺管机器人进行运动状态进行调整，使得二者精准对接，实现各自的横梁32上的锁孔322与对方限位板21上的锁孔322重合。

S344：通过遥控器向电动插锁6下达落锁指令，电动插锁6的锁舌60向上弹出；完成两个铺管机器人中横梁32与对方机架2间的紧固。

S345：电动插锁6落锁后，第一摄像头7自动关闭。

如图21所示，步骤S6中，组合机器人解体的过程包括如下步骤：

S61：将遥控设备调整至单控模式。

S62：将两个单体机器人机架2和限位板21与对方的横梁32间的紧固状态解除。

S63：分别驱动两个单体机器人的运动底盘1移动，使得二者相对远离，进而将各自的横梁32从对方的机架2和限位板21的间隙中完全抽出。

S64：分别驱动两个单体机器人的横梁32重新旋回到机架2承托面上方的初始位置，完成组合机器人的解体。

在本实施例提供的一种多机协同的管道铺设方法中，步骤S4的管道运输和步骤S5的管道空间位置的精细调整阶段，遥控设备持续获取两个仿生爪54与管道间的压力信息，并判断两个压力信号的波动是否在正常范围内：若否则发出一个表征“管道晃动超限”的预警指令。

此外，步骤S3和步骤S4之间，组合机器人根据搬运管道的负载情况，执行一次初始化调整，初始化调整过程分别将管道移动至靠近两个相互平行的横梁32的中段位置处，并调整管道高度至便于搬运且管道和组合机器人的整体重心最低的位置。

本实施例中，每个铺管机器人中的雷达模块12的数量为多个，并分布式安装在底盘的周向位置处。步骤S1-S6中，在铺路机器人的单控模式下，所有雷达模块12共同运动，对铺管机器人进行全向扫描，并在障碍物过近时发出预警。在两个铺路机器人的协控模式下，靠近两个运动底盘1内侧且扫描范围重叠的各个雷达模块12自动关闭，其余位于组合机器人周向的雷达模块12运行。

以上所述实施例仅表达了本发明的其中一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种铺管机器人，其特征在于，其包括：

运动底盘，其作为所述铺管机器人的行走机构；定义所述运动底盘的行进方向为前向；

机架，其安装在所述运动底盘上方，所述机架的顶部包括一水平的承托面，所述机架内部包括空腔；在所述机架顶部的前端设有竖直抬起并向后侧折弯的限位板；

活动梁，其包括横梁、柱状轴、第一传动机构和第一电机；所述柱状轴沿机架顶部的后端竖直向下插入到所述机架内部，且柱状轴的两端与机架轴承连接；所述横梁位于所述机架顶部的承托面上，且其中一端与柱状轴垂直且固定连接，另一端延伸至靠近限位板的位置，横梁的厚度窄于限位板与机架承托面的间隙；所述第一电机通过第一传动机构与柱状轴传动连接，所述第一电机用于驱动柱状轴自转进而带动所述横梁沿机架的承托面水平旋出或旋入；所述横梁的中间设置一条上下贯穿且与横梁的延伸方向平行的通槽；

活动缆车，其安装在所述活动梁上，包括缆车运动机构、缆绳收放机构和缆绳；所述缆车运动机构用于驱动活动缆车沿所述横梁的轴向运动；所述缆绳一端固定在所述缆绳收放机构上，另一端穿过所述横梁中的通槽向下延伸，所述缆绳收放机构用于卷收或释放缆绳；

管道夹持装置，其安装在机架的其中一侧；所述管道夹持装置包括基座、第一线性执行器、第二线性执行器和仿生爪；所述基座安装在第一线性执行器上，所述第一线性执行器用于驱动所述基座在竖直平面内升降运动；所述第二线性执行器的一端固定在基座上，另一端与所述仿生爪固定连接，所述第二线性执行器用于驱动所述仿生爪在水平方向上伸缩运动；

主控制器，其与运动底盘、所述第一电机、缆车运动机构、缆绳收放机构、第一线性执行器和第二线性执行器电连接，并控制运动底盘、所述第一电机、缆车运动机构、缆绳收放机构、第一线性执行器和第二线性执行器的运行状态。

2.根据权利要求1所述的铺管机器人，其特征在于：所述运动底盘采用四轮独立驱动架构；包括前左驱动轮、前右驱动轮；后左驱动轮，后右驱动轮；

所述运动底盘还安装有定位模块、雷达模块和惯性传感器中的一种或任意多种；所述定位模块、雷达模块和惯性传感器与所述主控器电连接；定位模块和/或惯性传感器采集的数据用于支持对运动底盘进行导航；且/或雷达模块采集到的数据用于支持运动底盘完成避障和预警。

3.根据权利要求1所述的铺管机器人，其特征在于：所述机架中靠近限位板一侧的位置设有电动插锁，所述电动插锁与主控制器电连接；所述横梁的端部和限位板的对应位置设有与所述电动插锁的锁舌位置对应的锁孔；所述电动插锁的锁舌沿竖直方向升降运动进而配合锁孔完成落锁和解锁。

4.根据权利要求3所述的铺管机器人，其特征在于：所述机架的限位板处设有第一摄像头，且/或所述机架的周向分布式设置有第二摄像头组；且/或所述活动缆车的底部设置有第三摄像头；所述第一摄像头和/或第二摄像头组和/或第三摄像头与主控制器电连接；

所述第一摄像头在所述活动梁转动状态下开启，并获取限位板处的图像，进而辅助所述电动插锁完成落锁；所述第二摄像头组在所述运动底盘运行状态下开启，用于获取运动底盘周向的图像，进而辅助完成运动底盘的导航和预警；第三摄像头在活动缆车运行状态下开启，用于获取下方的画面，进而辅助完成吊挂物的移动和位置调整。

5.根据权利要求1所述的铺管机器人，其特征在于：所述仿生爪采用开口向内且横向延伸的弧形爪；所述仿生爪的内侧设有分布式的柱状齿牙，所述柱状齿牙表面设有柔性胶套；且/或

在其中一个或多个柱状齿牙的端部设置压力传感器，所述压力传感器和所述主控制器电连接。

6.根据权利要求1所述的铺管机器人，其特征在于：所述机架呈箱型；所述第一线性执行器位于箱型机架的内侧或外侧；

且/或，所述管道夹持装置的基座靠近机架一侧的表面包括至少一条插脚，所述机架侧面设置对应数量的竖向限位槽，所述基座贴合在机架表面且插脚插入到各条竖向限位槽内。

7.根据权利要求6所述的铺管机器人，其特征在于：所述第一线性执行器采用电动执行器、液压执行器和气动执行器的任意一种，所述第二线性执行器采用液压油缸。

8.根据权利要求1所述的铺管机器人，其特征在于：所述活动缆车对应缆绳出口位置设有调节齿轮组和/或张紧度检测装置，所述张紧度检测装置与主控制器电连接；

所述调节齿轮组用于调整缆绳在缆绳收放机构上的缠绕位置，以及控制释放出的缆绳在横梁上落点的相对位置；所述张紧度检测装置用于检测缆绳的张紧度。

9.根据权利要求1所述的铺管机器人，其特征在于：所述主控制器中还包括一个通信单元，任意两台铺管机器人能够实现组合装配；在组合状态下，当两台铺管机器人的通信单元支持与同一个辅助控制器配对并完成通信连接后，两个主控制器同步向所述辅助控制器发送自身的状态数据，并接受所述辅助控制器下达的单控指令或协控指令。

10.根据权利要求1所述的铺管机器人，其特征在于：组合状态下的两台铺管机器人支持的协控指令包括执行底盘行走动作、管道升降动作、管道平移动作和管道释放动作的相关指令；

在底盘行走动作执行过程中，辅助控制器预先指定其中一个铺管机器人的前左驱动轮和前右驱动轮同步运转并作为组合体的前左轮，后左驱动轮和后右驱动轮同步运转并作为后左轮；另一铺管机器人的前左驱动轮和前右驱动轮同步运转并作为组合体的后右轮，后左驱动轮和后右驱动轮同步运转并作为前右轮，然后建立由前左轮、前右轮、后左轮和后右轮构成新的底盘架构；并对新的底盘架构中的四个轮组进行协同控制，实现前进、后退和转向操作；

在管道升降动作执行过程中，控制两个铺管机器人的第一执行器同步升降；同时，控制两个铺管机器人活动缆车同步进行缆绳释放或卷收，以保持缆绳张紧；

在管道平移动作执行过程中，控制两个活动缆绳沿横梁向同一侧移动，同时，控制两个铺管机器人的第二执行器同步向同侧伸长或缩短，以保证两仿生爪与管道壁面间的压力保持平衡；

在管道释放动作执行过程中，先执行管道下降操作，并在两个第一执行器降低至预定高度时，控制两个第二执行器同步收缩，直到两个缆绳的张紧状态解除后，完成管道释放。